风力发电网侧变流器控制策略研究

风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式,近年来越来越受到关注,网侧变流器在风电机组运行过程中一直扮演着很重要的角色。本文围绕网侧变流器的控制展开研究,以带LCL型滤波器的三相电压型PWM变流器(LCL-VSC)拓扑作为网侧变流器研究对象。首先在平衡电网条件下建立了LCL-VSC的三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型,为控制策略分析和控制系统设计提供了理论依据。 提出了风力发电应用中具有LCL滤波器的网侧变流器的一种多环控制结构,该结构采用电压外环外加三个逐层利用的电流内环,实现稳定的直流电压以及电流的前馈解耦和单位功率因数控制。同时,给出了基于复功率理论的电容电压估计方法,减少了传感器数量。 为了在电网不平衡条件下对LCL-VSC有效的控制,必须计算不平衡的正负序相位。本文提出了一种新颖的基于电网不平衡的锁相思路,既可以计算正序相位角也可以计算负序相位角,用于LCL-VSC的不平衡控制。这种方案的主要思路是:先从不平衡电网中提取出正负序分量,然后对正负序三相电压采用SFR-SPLL分别锁相,计算出正负序相位角。 建立了在不平衡电网条件下LCL-VSC的数学模型,三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。给出了基于LCL滤波器的不平衡电流指令算法。按照不同的控制要求,可以分别实现了电网不平衡时网侧电流对称控制,或者抑制直流侧二次纹波控制。 完成了15kVA的LCL-VSC实验样机平台的搭建和调试。通过仿真和实验结果验证了理论分析与设计的正确性。